京杭运河杭州段水环境改善方案研究

２０１８　年　５　月

浙江水利科技

Ｚｈｅｊｉａｎｇ　ＨｙｄｒｏｔｅｃｈｎｉｃｓＮｏ　．　３　　　Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ　．　２１７

Ｍａｙ　２０１８

京杭运河杭州段水环境改善方案研究

吴海霞１，黄正荣２，黄子谦２，梅磊鑫２

（1.杭州市京杭运河（杭州段）综合保护中心，浙江 杭州 310014；

2.杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 310016）

摘 要：以京杭运河杭州段为研究对象，在2016年实测数据的基础上，采用MIKE11软件，进行HD与AD模块耦合计算。选取氨氮为典型指标，模拟不同治污方案下运河水质改善程度，并进行敏感性分析与研究。

关键词：京杭运河；MIKE11软件；HD和AD模型；水环境改善方案

中图分类号：X171.4 文献标识码：B 文章编号：1008 - 701X(2018)03 - 0042 - 03DOI：10.131/j.cnki.33 - 1162/tv.2018.03.012

1 研究模型概况

目前，国内外用于水质模拟的模型众多，主要水质模型包括：MIKE、EFDC、DELFT3D、MOHID、CE — QUAL — W2、SMS、WASP等[1]，算法原理以水动力 — 水质为主，不同的模型其前处理、演算方式、后处理等各有差异，其中MIKE11模型属于平面一维自由表面动态流模型，其优势在于模型可适应性强，计算稳定、快速，在平原河网计算中具有独特的优势。

本文采用MIKE 11软件的HD模块，建立运河地区河网配水模型，并在此基础上与AD模块进行耦合，以模拟河网水质变化情况。理论框架见图1。

2 河网模型的构建

采用MIKE 11软件建立河网水动力模型，在水动力模型的基础上，通过添加水质边界和排污情况，运用AD对流传输模型与水动力学模型耦合分析计算，进行水质模拟。

２．１　　　ＨＤ水动力模型

一维水动力模型的控制方程组为Saint - Venant方程组：

QZB + = qst （1）

Q Q （2）v1 v2

+ = 0+ + ) (z22gst2gFK式中：B为水面宽（m）；Z为水位（m）；Q为流量；q为旁侧流量（m3/s）；v为断面平均流速（m/s）；（m3/s）

g为重力加速度（取9.8 m/s2）；F为过水断面面积（m2）；K为单位过水断面面积的流量模数（m3/（s · m2））。

采用隐式差分的6点Abbott 格式对上述圣维南方程组进行数值求解。

２．２　　　ＡＤ水质模型

一般情况下，对于较长河段的河流，其横向和竖向的污染物浓度梯度可以忽略，只考虑纵向（水流方向）浓度的变化。其一维非恒定流水质运动基本方程为：

AC QC C （3） + u AD - t x x = -AKC + C2q x图１　　　　ＭＩＫＥ模型理论框架图

；式中：C为浓度（mg/L）；A为河道横断面面积（m2）D为扩散系数（m2/s）；K为污染物衰减系数（1/d）；C2。为污染源/集中入流浓度（mg/L）；q为横向入流流量（m3/s）

２．３　　　河网概化

收稿日期：2017-12-11

作者简介：吴海霞(1975 - )，女，高级工程师，硕士，主要从事遗产保护管理、城市水环境综合保护研究与管理等工作。

京杭运河从南到北纵穿杭州市区，由于水系相关性，模型计算范围拓展到西至东苕溪、东至海宁边界、南依钱塘江、北至德清运河出口，总面积约1 500 km2。共概化29

·42·

吴海霞，等：京杭运河杭州段水环境改善方案研究

条河道、42个闸站等水工建筑物[2]、11个边界、6个污水厂排放点[3]、46个雨水点排放口，河网计算概化见图2。

进行水动力模型参数的率定。经河网水动力学模型演算，实测水位差幅在0.05 m以下，模型可用于方案优化比选计算。

水质模型：对各支河输入初始水质资料，根据现状排污点分布、排污量信息，以水质边界形式输入，进行水质模拟。并以运河干流2016年1 — 9月各月水质监测数据为基础，取各月平均值，进行水质模型参数的率定。经分析，运河氨氮衰减系数为-0.05 ~ 0.04 L/d。

3 水环境改善方案研究

３．１　　　方案组合

根据流域的相对性，结合城市污水系统，将运河地区划分为运南、运西、运东 — 余杭等3片。参考《杭

图２　　　　运河水系河网计算概化图

州市污水工程专业规划（修编）》，现状截污纳管率为75% ~ 80%。将3片截污纳管率均提高至90% ~ 95%，分析不同情况下氨氮浓度的变化情况。方案组合见表1。

２．４　　　模型率定

水动力模型：以2014年7月1 — 15日实测水位资料，

表１　　　　方案组合表

计算工况现状方案1方案2方案3

模拟条件

截污纳管率维持现状，其中运南片80%，运西片75%，运东 — 余杭片75%

运南片截污纳管率提高到95%，另外2片维持现状运西片截污纳管率提高到90%，另外2片维持现状运东片截污纳管率提高到90%，另外2片维持现状

减排方式 不减排运南减排运西减排运东减排

３．２　　　模拟结果

选取三堡进口、顾家桥、武林门码头、德胜河口、拱宸桥、义桥、塘栖、五杭运河大桥、大麻等9个断面为代表，采用HD — AD模型，计算不同方案氨氮浓度变化情况见图3。

图４　　　　氨氮浓度下降比例图（晴天）

由图4可知，方案1运南片截污纳管率由80%提高到95%，雨污排放点位于顾家桥 — 武林门之间，顾家桥 — 德

图３　　　　代表断面浓度变化对比图

由图3可知，与现状相比，3个方案氨氮浓度均有不同程度的下降，水质均有所改善。总体上改善程度从上游往下游逐步减少，改善情况与减排方案关系较为密切。

胜河段氨氮浓度下降22% ~ 29%，水质改善较为明显，表明该段水质对运南片的排污情况较为敏感；方案2运西片截污纳管率由75%提高到90%，雨污排放点位于拱宸桥 — 塘栖区间，拱宸桥 — 五杭段氨氮浓度下降12% ~ 13%，水质改善较为明显，表明该段水质对运西片的排污情况较为敏感；方案3运东余杭片截污纳管率由75%提高到90%，运东片雨污排放点位于德胜河口 — 五杭区间，德胜河口 — 大麻段氨氮浓度下降14% ~ 25%，水质改善较为明显，表

３．３　　　敏感性分析

以运河干流9个断面为代表，分析不同方案水质改善情况，进行敏感性分析（见图4）。

·43·

吴海霞，等：京杭运河杭州段水环境改善方案研究

明该段水质对运东余杭片的排污情况较为敏感。取减排方案，从而为截污纳管工程建设提供参考依据。参考文献：

[1] 于斌.珠江口海域设计流速模型模拟推算方法[D].青岛：中国 海洋大学，2005.

[2] 冯一军，徐承华，毛斌，等.杭州市污水工程专业规划(修编) [R].杭州：杭州市城市规划设计研究院，2011.

[3] 黄正荣，孔贤锋，梅磊鑫，等.杭州市区河道配水详细规划修编 [R].杭州：杭州水利水电勘测设计院有限公司，2016.

（责任编辑 姚小槐）

4 结 论

通过分析不同模拟条件下运河水质改善状况，可得出以下结论：

（1）分片提高截污纳管率可显著改善运河水质，减少污染是改善水质之本。

（2）水质改善分布与减排区域关系较为密切，从空间上看，基本上雨污汇入段与影响段基本一致，稍微延后。

（3）可根据运河水质改善敏感性分析，有针对性地采

浙江省水利厅印发2018年水利安全生产工作要点

近日，浙江省水利厅制定印发《2018年水利安全生产工作要点》（以下简称《要点》），部署扎实做好2018年水利安全生产工作，要求各市、县（市、区）水利（水电、水务）局，厅直属有关单位结合工作实际，认真抓好贯彻落实。

《要点》提出2018年全省水利安全生产工作的总体要求，强调要坚持以新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻落实党的十九大精神，以贯彻落实安全生产领域改革发展意见和浙江省实施意见为主线，以有效防范较大社会影响事件，确保不发生较大及以上生产事故为重点，强化问题导向、风险管控、隐患治理、责任落实，推动水利安全生产形势持续稳定，为浙江省“两个高水平”建设营造稳定的水利安全生产环境。

《要点》提出2018年水利安全生产重点工作任务。一是健全水利安全生产责任体系。严格落实水利建设项目法人和生产经营单位安全生产主体责任及安全生产监管责任，强化安全生产目标考核，加大生产安全事故督导和责任追究力度。二是加强重点领域安全监管。强化在建水利工程施工现场、水利工程运行、农村水利工程、水文监测、水利科研与检测、水利工程勘测设计和河道采砂等安全监管，加强安全生产专项治理，加强厅直属单位安全生产管理。三是建立安全预防控制体系。加强安全生产源头防控，研究浙江省水利安全生产风险分级管控体系，加强职业健康监管，抓好重要时段和重大活动期间安全生产工作。四是强化安全监管基础工作。健全安全监督网络体系，加强水利安全生产监管执法力度，推进水利安全生产标准化建设，推进安全生产社会化服务，推进水利安全生产信息化建设，加强事故应急管理。五是大力开展安全宣传教育培训。深入开展安全生产主题宣传，切实加强安全生产培训。

摘自浙江水利网

·44·